（试题 试卷 真题）专题2.4 金属和金属材料（原卷版）

专题2.4 金属和金属材料考纲解读金属和金属材料在中考中占有重要地位，本专题中金属的物理特性（如：导电性、导热性、延展性）、金属的生锈与防锈、铁矿石炼铁、合金等知识紧密联系生产实际，非常符合中考的考查方向利用化学知识解决生产生活中的实际问题，所以本专题特别受中考命题者的青睐。同时，难点多，陷阱多，也是本专题的一大特色，如金属与酸反应中的量的问题、金属与多种盐溶液反应、设计实验验证金属的活动性顺序、天平的平衡问题等内容，考题以选择、填空、实验探究题为主，容易丢分，很多同学临近中考都对其“望而生畏”，所以如果想在中考中取得化学高分，必须理清这类题目的解题思路，铲除中考一大“拦路虎”。中考题揭秘1.（2013天津）下列有关金属材料的叙述错误的是（）A回收利用废旧电池中的铅、汞等可减少对环境的污染B铝块能制成铝箔是利用了铝的延展性C铝比钢铁中的铁活泼，因而铝的抗腐蚀性能比铁差D在铁制品表面刷漆或镀耐腐蚀性金属都可以防止铁制品锈蚀2.（2013河北）把等质量的X、Y、Z、M四种金属分别加入到同体积、同浓度的足量稀盐酸中。再把X加入到Z (NO3)2溶液中，M加入到YNO3溶液中。反应关系如图所示。据此判断四种金属的活动性顺序为（）AZXMY BXZMY CXZYM DYMZX3.（2013广东佛山）分别向a、b两支试管中加入形状和大小完全相同的铁片，再向a中加入植物油，均塞上橡皮塞，型玻璃管内为红墨水（开始时两端液面水平），如下图所示，放置一段时间后，以下说法错误的是（）A植物油用于隔绝氧气和水B两支试管中的铁片均被腐蚀C型玻璃管两端的液面变为右低左高D型玻璃管两端的液面变为左低右高要点归纳 1、金属材料（1） 金属材料包括纯金属和合金两类。金属属于金属材料，但金属材料不一定是纯金属，也可能是合金。（2） 合金（1）在金属中加热熔合某些金属和非金属，形成具有金属特性的物质。注意：合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。 合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更容易适于不同的用途。 日常使用的金属材料，大多数为合金。 金属在熔合了其它金属和非金属后，不仅组成上发生了变化，其内部组成结构也发生了改变，从而引起性质的变化。（2）合金的形成条件：其中任一金属的熔点不能高于另一金属的沸点（当两种金属形成合金时）。（3）合金与组成它们的纯金属性质比较：硬度大；熔点低下面是黄铜和铜片，焊锡和锡，铝合金和铝线的有关性质比较：性质比较铜来源:Z|xx|k.Com锡铝来源:学+科+网来源:学.科.网黄铜铜焊锡锡铝合金铝光泽与颜色黄色 有光泽紫红色有光泽深灰色金属光泽银白色有光泽银白色有光泽银白色有光泽硬度比铜大坚韧硬度大质软坚硬质软熔点比铜低较高比锡低较低比铝低较高（4）几种常见合金铁合金：主要包括生铁和钢，它们的区别是含碳量不同，生铁含碳量2%-4.3%，钢的含碳量为0.03%2%。钢比生铁具有更多的优良性能，易于加工，用途更为广泛。铝合金：铝中加入镁、铜、锌等金属形成合金。广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等，可增加它们的载重量以及提高运行速度，并具有抗海水腐蚀、避磁性等特点。铜合金：黄铜：铜、锌的合金；青铜：铜、锡的合金；白铜：铜、镍的合金。钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料。性质：优异的耐腐蚀性，对海水、空气和若干腐蚀介质都稳定，可塑性好，强度大，有密度小，又称亲生物金属。用途：喷气式发动机、飞机机身、人造卫星外壳、火箭壳体、医学补形、造纸、人造骨、海水淡化设备、海轮、舰艇的外壳等。（三）金属制品是由金属材料制成的，铁、铜、铝及其合金是人类使用最多的金属材料。（四）商朝，人们开始使用青铜器；春秋时期开始冶铁；战国时期开始炼钢；铜和铁一直是人类广泛应用的金属材料。在100多年前，又开始了铝的使用，因铝具有密度小和抗腐蚀等许多优良性能，铝的产 （二）化学性质（1）金属与氧气的反应金属条件反应方程式现象Mg常温下（在空气中2MgO2 =2MgO银白色镁条在空气中表面逐渐变暗，生成白色固体。点燃时（在空气中或在氧气中）2MgO2 2MgO剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成一种白色固体。Al常温下（在空气中）4Al+3O2 =2Al2O3银白色的表面逐渐变暗，生成一层致密的薄膜。点燃时（在氧气中）4Al+3O2 2Al2O3剧烈燃烧，放出大量的热和耀眼的白光，生成白色固体。Fe常温下，干燥的空气常温下，在潮湿的空气中铁与空气中的氧气和水共同作用下会生成暗红色疏松的物质铁锈（Fe2O3H2O）在氧气中点燃3Fe2O2Fe3O4剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成一种黑色固体。Cu常温下，干燥的空气加热时2CuO2 2CuO铜丝表面逐渐变为黑色在潮湿的空气中2Cu+O2+CO2+H2O= Cu2(OH)2CO3铜表面生成一层绿色物质Au、Ag即使在高温下也不与氧气反应“真金不怕火炼”。结论：大多数金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同。Mg、Al等在常温下就能与氧气反应；Fe、Cu等在常温下几乎不能单独与氧气反应，但在点燃或加热的情况下可以发生反应；Au、Ag等在高温时也不与氧气反应。（2）金属与酸的反应金属现象反应的化学方程式稀盐酸稀硫酸稀盐酸稀硫酸镁剧烈反应，产生大量气泡，溶液仍为无色，试管壁发热，生成的气体能够燃烧并且产生淡蓝色火焰。Mg2HCl =MgCl2H2MgH2SO4=MgSO4H2锌反应比较剧烈，产生大量气泡，溶液仍为无色，试管壁发热，生成的气体能够燃烧并且产生淡蓝色火焰。Zn2HCl =ZnCl2H2ZnH2SO4=ZnSO4H2铁反应缓慢，有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色，生成气体能够燃烧并且产生淡蓝色火焰。Fe2HCl =FeCl2H2FeH2SO4 =FeSO4H2铜不反应结论：Mg、Zn、Fe的金属活动性比铜强，它们能置换出稀硫酸或稀盐酸中的氢。（3） 金属与化合物溶液的反应实验操作现象反应的化学方程式质量变化应用铁丝浸入硫酸铜溶液中浸入溶液的铁钉表面覆盖一层紫红色的物质，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色FeCuSO4= CuFeSO4金属质量增加，溶液质量减少不能用铁制品放硫酸铜溶液（或农药波尔多液）铝丝浸入硫酸铜溶液中浸入溶液的铝丝表面覆盖一层紫红色的物质，溶液由蓝色逐渐变为无色2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu金属质量增加，溶液质量减少铜丝浸入硝酸银溶液中浸入溶液的铜丝表面覆盖一层银白色的物质，溶液由无色逐渐变为蓝色Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag金属质量增加，溶液质量减少铜丝浸入硫酸铝溶液中结论：1.以上四种金属的活动性由强到弱的顺序为：AlFeCuAg2.活泼性强的金属能把活泼性弱的金属从其化合物溶液中置换出来。注意：1.此类反应一定在溶液中进行，不溶于水的化合物一般不与金属反应。 2. K、Ca、Na活动性非常强，但不能用它们置换化合物中的金属，因为它们能同溶液中的水剧烈反应。（4）置换反应：由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质与化合物的反应叫做置换反应。 金属活动性顺序： 人们通过大量的实验验证得到常见金属的活动性顺序： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性：由强到弱应用：在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性越强。在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。在金属活动性顺序里，位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来（K、Ca、Na除外）。（三）物质的性质与物质的用途之间的关系。物质的性质决定物质的用途，而物质的用途又反映出物质的性质。物质的性质很大程度上决定了物质的用途。但这不是唯一的决定因素，在考虑物质的用途时，还需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是否易于回收和对环紧的影响等多种因素。3、 金属资源的存在方式及铁的冶炼（一）地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，大多数金属化合物性质较活泼，所以它们以化合物的形式存在；只有少数金属化学性质很不活泼，如金、银等以单质形式存在。矿石：工业上把能提炼金属的矿物叫矿石。常见矿石名称与其主要成分：名称赤铁矿黄铁矿菱铁矿磁铁矿铝土矿黄铜矿辉铜矿主要成分Fe2O3FeS2FeCO3Fe3O4Al2O3CuFeS2Cu2S（2） 铁的冶炼（1）一氧化碳还原氧化铁A、仪器：铁架台（2个）、硬质玻璃管、单孔橡皮赛（2个）、酒精灯、试管、酒精喷灯、双孔橡皮赛、导气管。B、药品：氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体C、装置图： D、步骤：检验装置的气密性；装入药品并固定；向玻璃管内通入一氧化碳气体；给氧化铁加热；停止加热；停止通入一氧化碳。E、现象：红色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。F、化学方程式：3CO+Fe2O32Fe+3CO2 2CO+O22CO2 Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2OG、注意事项：与CO还原氧化铜的实验操作顺序一样，即先通入CO再加热，实验完毕，停止加热，继续通入CO至试管冷却。H、尾气处理：因CO有毒，不能随意排放在空气中，处理的原则是将CO燃烧掉转化为无毒的CO2或收集备用。 （2）工业炼铁A、原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的还原剂（CO）将铁从铁矿石里还原出来。B、原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气C、主要设备：高炉D、冶炼过程中发生的化学反应：C+O2CO2 CO2+ C2CO 3CO+Fe2O32Fe+3CO2CaCO3CaO+CO2 CaO+SiO2CaSiO3注意：石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣。4、 金属的锈蚀和防护（1） 铁制品的生锈实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生的一系列复杂的化学反应。铁锈的主要成分是Fe2O3，它是一种疏松多孔的物质，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气等反应，所以钢铁制品可以全部被锈蚀。铝比铁活泼，更易与空气中的氧气发生反应，但反应的生成物是致密的氧化物薄膜，能覆盖在铝表面阻止空气中的成分继续与内层的铝反应，所以铝制品比铁制品更耐用。（2） 铁制品的防锈原理是隔绝空气或水，使铁失去生锈的条件。防止铁制品生锈，除了要保持铁制品表面的洁净和干燥外，覆盖保护膜是应用最普遍而又最重要的防锈措施，这层保护膜阻止了铁与氧气、水反应。可采取的措施如刷一层油漆，涂一层机油，电镀一层不易生锈的金属等；经加工改变金属表面内部的组织结构，来达到防锈的目的，如在铜中加入镍可增强防锈能力，含铬18和镍8的合金钢通常称为“镍铬不锈钢”。 防止金属锈蚀的措施是：a、保持金属表面洁净、干燥；b、在金属表面涂保护层，如涂油、刷漆、烤蓝、电镀等；c、改变金属内部结构，如制成不锈钢。（三）保护金属资源的有效途径：（1）防止金属的腐蚀；（2）金属的回收利用；（3）有计划合理的开采矿物；（4）寻找金属的代用品。举一反三1（2013上海）在空气中放置较长时间的锌片，表面会形成一层薄膜，其中含有Zn2（OH）2CO3若该物质通过化合反应生成反应物除了Zn外，还有N2 O2 CO2 H2O中的（）A一种 B两种 C三种 D四种2.（2013云南昆明）某化学兴趣小组，为验证Ag、Fe、Cu三种金属的活动性顺序，设计了如图所示的实验操作，其中可以达到实验目的组合是（）A B C D3.（2013浙江嘉兴、舟山）往一定量的稀硫酸中加入过量的锌粒，如图是反应过程中某种量Y随加入锌粒的质量变化的关系，则Y不可能表示（）A溶液中水的质量 B生成硫酸锌的质量C参加反应的硫酸质量 D生成氢气的质量方法介绍1、大多数金属都能与氧气反应，其难易和剧烈程度与金属的活动顺序有关，金属越活泼越易与氧气反应。需要强调的是常温下钾、钙、钠直接能被氧化成相应的氧化物，点燃时则成过氧化物（如4Na+O22Na2O，2Na+O2Na2O2），镁、铝常温时发生缓慢氧化，点燃时加快，铁、铜需要点燃或加热（铁在空气里不燃烧，只是发红。铁在纯氧里燃烧生成的Fe3O4。2、只有排在氢前面的金属才能置换出酸里的氢（不是氢气）；这里的酸常用稀盐酸和稀硫酸，不能用浓硫酸和硝酸（氧化性太强，得不到氢气而是水，不属于置换反应）。注意金属铁与酸反应得到的是亚铁盐（Fe2+的颜色为浅绿色）。3、金属与盐溶液的置换条件只有排在前面的金属才能将排在后面的金属从它们的盐溶液里置换出来。需强调的是，这里的盐必须溶于水，即盐溶液；金属不包括K、Ca、Na、Ba如将K放入CuSO4溶液中，得到的是Cu(OH)2蓝色沉淀而不是金属Cu：2K+2H2O2KOH+H2，2KOH+CuSO4K2SO4+Cu(OH)2。若一种金属同时与两种盐溶液反应，遵循“远距离的先置换”的规律。如Fe与CuSO4和AgNO3同时反应时，Fe先置换Ag后置换Cu。4、金属活动性强弱的判断。（一）利用金属能否与氧气反应、反应发生的条件及反应的剧烈程度，可以粗略判断不同金属的活动性强弱。铝在常温下就能与空气中的氧气反应。铁、铜等在常温下几乎不与氧气反应，但在加热条件下能与氧气反应。而金即使在高温下也不与氧气反应。由此可以看出，铝、铁、铜、金的活动性由强到弱的顺序为：AlFeCuAu。由于金属与氧气的反应要受温度、氧气浓度、反应条件及生成物的性质等多种因素的影响，利用金属与氧气的反应只能对极少数且常见的金属进行粗略判断。（二）利用金属能否与酸反应及反应的剧烈程度，可以判断金属的活动性强弱。此方法适用于两种情况，即：（1）金属的活动性越强，其与酸反应的程度越剧烈。例如，Zn比Fe与酸反应的程度更剧烈，所以Zn的活动性比Fe强。（2）能与酸发生反应的金属比不与酸发生反应的金属活动性强。例如，Fe能与酸发生反应，而Cu则不能，所以Fe的活动性比Cu强。因此，通过金属与酸能否反应、反应的条件及反应发生的剧烈程度，我们可以判断部分金属的活动性强弱。（三）利用一种金属能否把另一种金属从其可溶性化合物溶液中置换出来，可以判断某些金属间的活动性强弱。对于不与酸发生反应，或都能与酸发生置换反应的两种金属之间活动性的比较，可以选取一种金属与另一种金属的可溶性化合物溶液，看二者能否发生置换反应，由此进行判断。例如，金属Cu与Hg均不能与稀硫酸发生反应，但把Cu放入Hg（NO3）2溶液中，则Cu表面会析出银白色的Hg，因此可以判断出Cu的活动性比Hg强。（四）要验证三种金属的活动性，一般采用两种方法：（1）选择活动性最强和最弱的金属离子的溶液与活动性居中的单质金属进行检验；（2）选择活动性居中的金属离子的溶液与活动性最强和最弱的金属单质进行检验。三种金属的活动性顺序为 AlFeCu，所以，可以选取铁单质分别与可溶性的铝的化合物溶液以及可溶性的铜的化合物溶液进行验证。或者，选取铝单质、铜单质分别与可溶性的铁的化合物溶液进行验证。专题集训1（2013辽宁沈阳）下列有关金属的说法，正确的是（）A铜和硬铝都属于金属材料B生铁和钢都是铁的单质C铁、铝、铜都是银白色金属D不锈钢是永不生锈的钢铁2（2013湖南娄底）中国梦小康梦我市新农村建设如火如荼，许多村庄道路两侧安装了太阳能路灯，关于太阳能路灯所用材料的叙述不正确的是（）A铝合金灯柱属于金属材料B灯泡中填充氮气做保护气C硅电池板中的硅元素是地壳中含量最多的金属元素D透明的塑料灯罩属于有机合成高分子材料3（2013山东潍坊）有X、Y、Z三种金属，只有Z在自然界中主要以单质的形式存在，如果把Y加入到X的硝酸盐溶液中，Y表面有X析出。据此判断这三种金属的活动性由强到弱的顺序是（）AXZY BX Y Z CY X Z DZYX4（2013山东济南）将一定质量的铁粉和铜粉的混合物加入AgNO3溶液中，反应结束后过滤，分别向滤液和滤渣中加入稀盐酸，均无明显现象，下列对滤渣和滤液的说明中，不正确的是（）A滤渣中一定含有银 B滤液中一定含有Fe2+C滤渣中可能含有铜 D滤液中一定含有Cu2+5.（2013湖北武汉）现有一种固体粉末状样品，已知该样品由氧化铜和铁组成。取样品少许，加入一定量的稀硫酸，待反应停止后过滤，得到滤渣和滤液。向滤液中加入一根洁净的铁丝，铁丝表面无明显变化。关于该实验有如下说法正确的有（） 该样品的颜色为黑色； 向样品中加入稀硫酸后，一定有气体生成，且液体颜色不变； 滤渣中一定有铜，不一定有铁； 滤液中含有硫酸铜和硫酸亚铁； 滤液中溶质只有硫酸铁。A. 2个 B. 3个 C. 4个 D. 5个6.（2013江苏南京）下列叙述正确的是（）A将生锈的菜刀浸泡在食盐水中，可除去其表面的铁锈B通过相互刻画的方法，发现铜片的硬度比黄铜片大C淬火后的缝衣钢针不能弯曲D用食醋可除去热水壶内壁的水垢7.（2013浙江杭州）某兴趣小组的同学，利用含有铁锈的铁粉制取四氧化三铁，在实验过程中还需要用到的仪器和药品合理的是（）Ab（稀硝酸、锌粒）、c、d Ba（稀硫酸、锌粒）、c（高锰酸钾）、d、eCa（双氧水、二氧化锰）、d Dc（氯酸钾、二氧化锰）、d（一氧化碳）8.（2013陕西）下列有关实验现象描述不正确的是（）A. 细铁丝在空气中剧烈燃烧 B. 蜡烛逐渐熄灭C. 铝片上有划痕 D. 冷却后粗铜丝b端略上升9.（2013四川成都）在金属表面覆盖保护膜是普遍采用的金属防锈措施之一。下列自行车的防锈措施中，不属于覆盖保护膜的是（）A.擦拭保持洁净与干燥 B.链条上油C.轮圈镀铬 D.车架喷漆10（2013黑龙江大庆）同学们探究金属A，B，C，D的活动性强弱，设计了如下的实验方案：将A放入到B的盐溶液中，无明显现象；将形状和大小相同的A，B和C分别放入相同浓度的稀盐酸中，A表面无明显现象，C产生气泡的速率比B产生气泡的速率慢；将D放入到B的盐溶液中，D表面有固体析出，则金属A，B，C，D活动性由强到弱的顺序为（）AABCD BDCBACDBCA DBCDA11（2013江苏南京）铁是应用最广泛的金属。(1)写出铁丝在氧气中燃烧的化学方程式 (2)新型材料纳米级Fe粉能用作高效催化剂。实验室采用还原法制备纳米级Fe粉，其流程如下图所示： 纳米级Fe粉在空气中易自燃。实验中通人N2的目的是 。 写出中H2还原FeCl2,置换出铁的化学方程式 。12.（2013浙江义乌）